ВОДНАЯ ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ СО2 ПОД ДАВЛЕНИЕМ.
Способ очистки основан на различной растворимости в воде двуокиси углерода. При невысоких парциальных давлениях растворимость СО2 в воде невелика, но с увеличением давления она возрастает. При следующем снижении давления растворённая двуокись углерода выделяется из раствора. Водная очистка газа от двуокиси углерода под давлением весьма эффективна при высоком содержании СО2 в газе. Этот способ отличается простотой и позволяет многократно использовать оборотную воду. Одновременно с растворением двуокиси углерода в воде растворяются и другие компоненты конвертированного газа: водород, азот, окись углерода, сернистые соединения.
В технической оборотной воде, используемой для водной очистки от СО2, содержатся растворённые соли, которые понижают растворимость СО2 в технической воде по сравнению с чистой. Существенное значение для экономичности процесса водной очистки имеет расход воды на очистку и расход энергии на подачу этой воды. Расход воды на очистку конвертированного газа от двуокиси углерода зависит от степени извлечения СО2, температуры, общего и парциального давления СО2 в газовой смеси до очистки. Если конвертированный газ в процессе конверсии углеводородов или газификации топлива получают при атмосферном давлении, то перед водной очисткой газ компремируют. Выбор давления для водной очистки от СО2 зависит от нескольких факторов. С увеличением давления возрастает растворимость СО2 в воде и уменьшается количество воды, необходимой для промывки, почти обратно пропорционально давлению. При этом снижается расход энергии на подачу воды. С другой стороны, работа сжатия двуокиси углерода от начального низкого давления до давления абсорбции с увеличением давления возрастает. Суммарный расход энергии на водную промывку газа в пределах 1-3 МПа практически не зависит от давления. Однако с увеличением давления уменьшаются размеры абсорбера и возрастает степень очистки газа от СО2, поэтому целесообразно конвертированный газ компримировать до 3 МПа. Остаточное содержание примесей 0.3 -2%. Для очистки 1000 нм3 газа необходимо затратить 60 - 80 м воды, 40- 55 квт-ч электроэнергии [ ].
Абсорбция СО2 этаноламином
Изобретения относятся к области очистки газовых смесей от диоксида углерода. Абсорбцию ведут на контактных устройствах с сопротивлением по газу не более 50 кПа, при этом раствор этаноламина в процессе абсорбции, по меньшей мере, один раз подвергают промежуточному охлаждению до 30-35°С. Тонкую регенерацию потока раствора этаноламина осуществляют путем его обработки острым водяным паром. Абсорбер выполнен с пакетными насадками и содержит в своей средней части, по меньшей мере, один контур охлаждения, выполненный в виде устройства отбора частично насыщенного раствора абсорбента, циклически связанного с промежуточной емкостью и промежуточным холодильником, а кипятильник регенератора-рекуператора выполнен в виде последовательно расположенных в его нижней части секций, состоящих из теплообменников, размещенных на тарелках, при этом количество секций кипятильника выбирают впределах от трех до шести. Изобретения относятся к области очистки газовых смесей от диоксида углерода и могут применяться в химической, металлургической, топливно-энергетической и пищевой отраслях промышленности:
- в химической промышленности при производстве аммиака;
- в металлургии, в доменном производстве и в процессе прямого восстановления железа;
- в энергетике для очистки дымовых газов.
Известен способ удаления кислотных газов, таких как сероводород двуокись углерода, из газообразной смеси включающий абсорбцию кислотных газов водным раствором диметилэтаноламина (МДЭА) концентрации 40-70% при температуре в абсорбере 50-70° С и давлении газовой смеси, проходящей через абсорбер 7 МПа. Отработанный водный раствор подвергают регенерации путем нагрева до 120° С при давлении 0,12 МПа в регенерационной колонне. Давление раствора на выходе из абсорбера перед подачей в регенерационную колонну снижают с 7,0 до 0,12 МПа при помощи специального клапана, а после регенерации снова повышают с 0,12 до 7,0 МПа специальным насосом. Первичный подогрев раствора для его регенерации осуществляется в вынесенном теплообменнике за счет тепла раствора, выходящего из регенератора, а подогрев раствора до окончательной температуры регенерации 120° С осуществляется в вынесенном нагревателе (кипятильнике). Данный способ удачно сочетает в себе капиталоемкость и текущие издержки.
Среди недостатков способа следует отметить:
- высокое избыточное давление газовой смеси при абсорбции;
- необходимость периодического сбрасывания и повышения давления раствора. При больших потоках раствора затраты электроэнергии на его сжатие и перекачку неоправданно велики, а при сбросе давления значительная часть потенциальной энергии сжатого раствора рассеивается вхолостую;
- неэффективный теплообмен в вынесенных теплообменниках при рекуперации тепла регенерированного раствора и подогрева раствора в кипятильнике, приводящий к излишним потерям тепла.
Также известен способ удаления СО2 из газов, включающий абсорбцию СО2 водным раствором метилдиэтанолэтаноламина (МДЭА) концентрации 20-70% при температуре 40-100° С и давлении в абсорбере 1-11 МПа с последующей регенерацией поглотительной жидкости при пониженном до 0,05-0,10 МПа давлении и температуре 120° С. Сброс давления для регенерации в данном способе осуществляется при помощи эжектора или инжектора, в который одновременно подается пар, восполняющий потери воды в цикле раствора и повышающий глубину его регенерации. Кроме этого, процесс регенерации производится в две стадии, на первой из которых насыщенный раствор нагревается за счет использования тепла регенерированного раствора, а на второй - за счет самостоятельного нагрева в вынесенном нагревателе.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков заявляемому способу является хемособционный процесс очистки газов от СО2 водным раствором моноэтаноламина (МЭА) Способ включает абсорбцию находящейся под давлением до 3 МПа газовой смеси водным раствором моноэтаноламина концентрации 17-20% на контактных устройствах абсорбера при температуре 35-50° С, последующую регенерацию насыщенного раствора в регенераторе-рекуператоре путем разделения потока раствора на ряд каскадов, в которых температуру последовательно повышают по направлению движения раствора до 120-125° С при давлении 0,67-0,235 МПа, и возврат регенерированного раствора этаноламина в абсорбер. Основным отличительным признаком данного способа является совмещение процессов начальной регенерации раствора с рекуперацией тепла полностью нагретого регенерированного раствора, которое используется для подогрева раствора в начальной стадии регенерации. Этот прием позволяет снизить энергозатраты на подогрев раствора, увеличивает движущую силу регенерации и уменьшает текущие эксплуатационные издержки.
К недостаткам способа следует отнести необходимость поддержания относительно высокого избыточного давления очищаемой газовой смеси и сложность схемы реализации. И хотя способ может быть использован при пониженном давлении абсорбции, близком к атмосферному (например, 250-350 кПа), удельные энергозатраты на очистку при этом могут составить 5,8-6,7 МДж/кг СО2. В этом случае рост энергозатрат обусловлен снижением парциального давления СО2, что приводит к снижению поглотительной способности абсорбента и заметному увеличению объема циркулируемого раствора. По этой причине данный способ имеет ограниченное применение.
2RNН2 + Н2О + СО2 = (RNН3)2СО3;
(RNН3)2 СО3 + СО2 + Н2О = 2 (RNН3)НСО3
Регенерация сорбента: 2 (RNН3)НСО3 = (RNН3)2 СО3 + СО2 + Н2О
RNН2 моноэтаноламин (МЭА, К - этил С2Н5);
диэтаноламин (ДЭА).
